CC BY
132
УДК [663.15:664]:544.778.12
Р. Г. Разумовская, А. И. Кассамединов, Тхи Хуе Као, Ван Хынг Нгуен, О. В. Збродова
ПРИМЕНЕНИЕ ЭХА-РАСТВОРОВ В БИОТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ ИЗ РЫБНОГО И РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Введение
В настоящее время проблема обеспечения качества и безопасности пищевых продуктов становится актуальной. Одной из важных задач для специалистов пищевой отрасли является изыскание новых технологических приемов для получения продукции с повышенным качеством. Перспективным направлением решения данной проблемы является применение электрохимических активированных (ЭХА) растворов в пищевой промышленности, в частности для переработки рыбного и растительного сырья.
Прошло более 20 лет с того момента, когда был обнаружен эффект электрохимической активации. Вода и слабосолевые растворы, прошедшие обработку в анодной или катодной камерах диафрагменного электролизера, переходят в метастабильное состояние, которое отличается от стабильного аномальными значениями физико-химических параметров [1].
При активации водопроводной воды получают две фракции: анолит (кислотная среда) с рН 2-5 и католит (щелочная среда) с рН 8-12. Существует несколько факторов, ответственных за свойства ЭХА-растворов: электрохимически синтезированные щелочи в католите и кислоты в анолите - их концентрация пропорциональна минерализации воды и количеству электричества, затраченного в данном процессе; суперактивные метастабильные соединения с высокой окислительной (анолит) и восстановительной (католит) способностью, но в процессе использования они быстро исчезают и выполняют роль катализаторов; электрохимически активные микропузырьки электролизных газов в ЭХА-растворе не всплывают, поскольку их распределение обусловлено кулоновскими взаимодействиями; метастабильная структура воды, которая возникает во время действия магнитного поля. Эти свойства сохраняются длительное время. Из всех вышеназванных факторов только первый не подвергался сомнению. В последнее время по второму фактору получено множество теоретических и экспериментальных данных [2].
Как известно, ЭХА-вода нашла практическое применение в агропромышленном хозяйстве, в животноводстве и птицеводстве, а также в коммунальном хозяйстве. Опубликовано множество рекомендаций по применению ЭХА-воды в медицине для лечения различных заболеваний, для дезинфекции и стерилизации медицинских инструментов [3].
Широкий спектр рН ЭХА-воды позволяет применять ее фракции для создания оптимальных условий протекания физико-химических и биохимических реакций, что очень важно для биотехнологии. Принципы активации могут использоваться в консервной, мясной, молочной, чайной и других отраслях пищевой промышленности [2].
В пищевой промышленности использование ЭХА-растворов позволяет пересмотреть концепцию обеспечения экологической безопасности технологических процессов, изменив подход к выбору и получению гидролизующих, экстрагирующих и других технологических растворов. Результаты исследований воздействия ЭХА-растворов на различные виды пищевого сырья позволяют сформулировать представление об участии этих реагентов в отдельных химических, биохимических и микробиологических процессах, происходящих в пищевом сырье растительного и животного происхождения, что послужило предпосылкой создания ряда прогрессивных пищевых технологий [3].
К числу наиболее распространенных технологий с использованием ЭХА-воды относятся процессы производства таких пищевых добавок, как крахмал, пектин, молочно-белковые концентраты и др. Применение электроактивированной воды при производстве хлебобулочных и макаронных изделий, а также при производстве чая, какао, кофе позволяет улучшить качество готовой продукции и интенсифицировать процесс её получения. В мясной промышленности разработаны технологии с использованием ЭХА-воды, позволяющие улучшить качество сырья и готового продукта, увеличить выход продукции и стойкость при хранении [3].
Таким образом, задачей нашей работы являлось исследование возможности применения ЭХА-растворов в биотехнологии пищевых продуктов с целью повышения качества и безопасности готовой продукции.
Коллективом исследователей кафедры «Пищевая биотехнология и технология продуктов питания» Астраханского государственного технического университета (доцент Р. Г. Разумовская -руководитель и аспиранты) в течение нескольких лет проводились исследования в области обоснования и переработки сырья животного и растительного происхождения с использованием ЭХА-растворов для улучшения качества и безопасности пищевой и кормовой продукции.
Целью работы являлось исследование возможности применения ЭХА-растворов в биотехнологии пищевых продуктов на основе сырья рыбного и растительного происхождения Волго-Каспийского региона.
Поставленная цель была достигнута благодаря решению следующих задач:
— исследование возможности применения ЭХА-растворов для ускорения процесса ферментативного гидролиза рыбного сырья;
— исследование возможности применения ЭХА-растворов для ускорения процесса ферментативного гидролиза зерновых культур;
— исследование влияния ЭХА-растворов на процесс ферментации мезги при переработке плодово-ягодного сырья.
Материал и методы исследования
Для получения гидролизата было использовано сырье Волго-Каспийского бассейна - красноперка БеагсИтш вгу№горЫИа1тш и серебряный карась Carassius аигаШ. ЭХА-вода была получена путем активации, и её фракции имели следующие показатели: католит - рН 8, анолит - рН 4.
Химический состав исходного сырья определяли стандартными методами по ГОСТ 7635-85 «Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки» [4]. Водорастворимый азот определяли стандартным методом [5].
Для исследования процесса ферментативного гидролиза зерновых культур были выбраны пшеница и ячмень. Процесс промывки, замачивания, проращивания зерновых культур проводили при температуре 15 и 20 °С с помощью ЭХА-растворов. Технологический процесс контролировали по протеолитической и амилолитической активности. Количество формольнотитруемого азота (ФТА) определяли методом в модификации А. П. Черногорцева, амилолити-ческую активность определяли методом Виндиша - Кольбаха [5].
Для исследования влияния ЭХА-раствора на процесс ферментации плодово-ягодного сырья был выбран виноград сорта «Изабелла», произрастающий на территории района села Нача-лово Астраханской области. Были приготовлены виноградные сусла с использованием ферментного препарата экстразим по разработанной ранее технологии [6]. При этом предварительно готовили 10 %-й ферментный раствор с использованием католита ЭХА-воды с рН 8.
Контрольные партии готовили аналогично без использования ЭХА-раствора. В полученных соках определяли физико-химические показатели: массовую концентрацию фенольных веществ - по реакции Фолина - Чокальтеу, массовую концентрацию красящих веществ (антоциа-нов) определяли после стабилизации окраски соков подкисленным до рН 1-2 этиловым спиртом по показаниям оптической плотности [7]. Количество сахара определяли цианидным методом, массовую концентрацию титруемой кислотности - методом титрования щелочью, количество сухих веществ - с помощью рефрактометра [8].
Результаты исследований и их обсуждение
Химический состав рыбного сырья Волго-Каспийского бассейна представлен в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав объектов исследования
Объект исследования Содержание, %
Влага Белок Липиды Минеральные вещества
Красноперка 79,8 17,6 0,8 1,8
Карась 78,5 17,8 1,85 1,8
Данные виды рыб рекомендуется использовать как сырье для получения гидролизата при дальнейшем получении пищевой продукции целевого назначения и кормовой продукции.
Гидролиз осуществляли на основе автопротеолиза и с добавлением ферментного препарата. Ферментативные гидролизаты, полученные из рыбного сырья, содержат полипептиды, аминокислоты, витамины, минеральные вещества и оказывают положительное действие на обмен веществ при их употреблении. Скорость процесса ферментативного гидролиза изменяется в зависимости от температуры, рН среды, дозы ферментного препарата, применяемых консервантов и других факторов. Оценку влияния вышеназванных факторов проводили по начальной скорости протеолиза, изменению количества продуктов протеолиза, водорастворимого азота (ВА), небелкового азота (НБА), тирозина (Т), азота концевых аминогрупп (ФТА) и свободных аминокислот (СА) [9-11].
Экспериментально нами ранее установлено, что оптимальной температурой проведения ферментативного гидролиза малоценного рыбного сырья (карась, красноперка, тарань и др.) является температура 55 °С, а увеличение дозы воды от 30 до 50 % не приводит к резкому увеличению глубины протеолиза [9]. В данной работе нами был интенсифицирован процесс ферментативного гидролиза рыбного сырья под действием протосубтилина на основе использования ЭХА-растворов при оптимальных условиях гидролиза. Влияние щелочной и кислотной фракции ЭХА-воды на ферментолиз представлено на рис. 1.
ВАГ%
Продолжительность, ч
—•»— Красноперка, рН 8 -в- Красноперка, рН 4
—к— Карась, рН 4 ---- Карась, рН 8
—Красноперка, автопротеолиз --- Карась, автопротеолиз
Рис. 1. Изменение ВА в процессе ферментолиза под действием протосубтилина и различных фракций ЭХА-растворов
Из данных на рис. 1 следует, что применение ЭХА-растворов позволяет интенсифицировать процесс гидролиза, причем в щелочной среде (католите) скорость реакции выше. Это говорит о возможности использования ЭХА-растворов для ускорения процесса ферментативного гидролиза рыбного сырья.
На наш взгляд, положительным эффектом использования ЭХА-растворов является без-реагентное создание рН среды, уменьшение длительности технологических режимов проведения процесса, получение конечного продукта с низким содержанием минеральных веществ, повышение санитарной культуры производства.
Полученный гидролизат без отделения непроферментированного белкового остатка из некондиционного сырья рекомендуется применять как источник для получения продукции целевого назначения: аналоги зернистой икры, хлебопекарные и макаронные изделия с повышенной биологической ценностью.
Затем нами было получено зерно с повышенной ферментативной активностью.
Изменения ферментативной активности в процессе проращивания зерна с использованием ЭХА-растворов представлены на рис. 2, 3 для протеолитической и амилолитической активности соответственно.
Установлено, что протеолитическая и амилолитическая активность зерновых культур, пророщенных с использованием ЭХА-растворов, выше, чем у зерновых культур, пророщенных в водопроводной воде. Оптимальной температурой проращивания является температура 20 °С, т. к. именно при температуре 20 °С наблюдается большее изменение протеолитической и амилолитической активности, чем при температуре 15 °С.
ФТА, мг/100 150
СГ О СП ш сг о т Вода Ш СГ О т ш СГ О СП ш сг о т Вода Ш СГ О т
>? О >? О >? О >? О
15 град 20 град 15 град 20 град
Ячмень Пшеница
Рис. 2. Изменение протеолитической активности ячменя и пшеницы в процессе проращивания
ФТА, мг/100 г 150
□ 0ч
■ 24 ч
048 ч
□ 72 ч
*96 ч
15 град
Ячмень Пшеница
Рис. 3. Изменение амилолитической активности ячменя и пшеницы в процессе проращивания
При этом у ячменя, замоченного и пророщенного с использованием ЭХА-растворов, при температуре 20 °С через 96 часов ФТА составляет 120,8 мг/100 г, а при температуре 15 °С -76,7 мг/100 г. У пшеницы, замоченной и пророщенной с использованием ЭХА-растворов, при температуре 20 °С через 72 часов ФТА составляет 136,8 мг/100 г, а при температуре 15 °С через 96 часов - 78,3 мг/100 г.
У ячменя, пророщенного с использованием ЭХА-растворов, при температуре 20 °С через 96 часов амилолитическая активность составляет 440,6 ед. '-К, а при температуре 15 °С -346,5 ед. '-К. У пшеницы, замоченной и пророщенной с использованием ЭХА-растворов, при температуре 20 °С через 72 часов амилолитическая активность составляет 467,2 ед. '-К, а при температуре 15 °С через 96 часов - 340,5 ед. '-К.
Увеличение активности полученных зерновых культур можно объяснить тем, что при использовании ЭХА-растворов скорость накопления ферментов выше, чем при проращивании в водопроводной воде.
Полученные зерновые культуры рекомендуются как основный компонент для получения комбикорма для птицеводства. В рецептуре приготовления комбикорма заменяем обычное зерно на зерно с повышенной ферментативной активностью, а рыбную муку - на кормовой гидролизат с высокой степенью переваривания. Это позволяет получить комбикорм с повышенной биологической ценностью.
Зерновые культуры с повышенной ферментативной активностью являются сырьем для производства пива. Установлено, что технология производства пива с применением ЭХА-воды позволяет повысить экономическую эффективность работы предприятия за счет снижения цены на сырье, повысить качество сырья в процессе солодоращения и сократить время нахождения зерна на солодорастительных грядках. Это позволит предприятию работать стабильно и сохранить высокую конкурентоспособность в условиях современного рынка.
Как известно, для Российской Федерации вопросы переработки и обеспечения населения плодово-ягодной продукцией актуальны, поскольку большая часть территории не имеет благоприятных климатических условий для выращивания плодов и ягод.
Соки являются важным продуктом питания, наряду со свежими фруктами и овощами они обеспечивают человеческий организм витаминами, макро- и микроэлементами, полифенолами, многими другими физиологически активными веществами, необходимыми для нормальной жизнедеятельности человека. В настоящее время производство соков, нектаров и сокосодержащих напитков занимает значительное место в мировой экономике. Широкое потребление соковой продукции во всем мире объясняется как высокой пищевой ценностью соков, так и рентабельностью их производства.
Высокая технологичность процессов получения соков позволяет быстро и эффективно внедрять достижения науки и техники в промышленность. Применение современных высокомеханизированных и автоматизированных линий производства натуральных и концентрированных соков обеспечивает быструю переработку больших масс плодов при минимальных трудовых затратах. Увеличение экономической эффективности играет важную роль в технологии соков и напитков. Одним из направлений является увеличение выхода готовой продукции.
Ежегодно на полях Астраханского региона выращивается и собирается значительный урожай овощей, фруктов и ягод (яблоки, виноград, арбузы и т. д.).
Нами была разработана технология получения виноградного и плодового сока на основе сырья Астраханской области с использованием ферментного препарата и ихтиожелатина, полученного из кожи рыб [6, 12]. Результаты исследования показали, что выход сусла с применением ферментного препарата был выше на 10-15 % по сравнению контролем. Оптимальная дозировка ферментного препарата составила 0,05 г на кг мезги.
В данной работе нами проведено изучение влияния католита ЭХА-раствора на процесс ферментации виноградной мезги. При этом нами проанализированы физико-химические показатели полученных соков после фильтрации (табл. 2).
Таблица 2
Физико-химические показатели виноградных соков
Способ обработки
Показатель Без применения С применением
католита католита
рН 3,3 3,4
Сухие вещества, % 19,1 22
Сахара, г/100 мл 18,0 20,3
Кислотность, г/л 6,5 6,7
Фенольные вещества, мг/100 мл 214,3 225,0
Красящие вещества, мг/100 мл 22,5 24,0
Из данных табл. 2 видно, что применение ЭХА-растворов позволяет интенсифицировать процесс ферментативного гидролиза виноградной мезги. Полученные соки имели повышенное содержание фенольных веществ, в том числе красящих веществ, отличались полнотой вкуса, массовая концентрация сахара и содержание сухих веществ также увеличились, а массовая концентрация титруемой кислотности изменилась незначительно.
Заключение
Таким образом, на основании результатов наших исследований можно сделать вывод о том, что применение ЭХА-растворов позволяет получить продукты с лучшим качеством и повышенной безопасностью. Кроме этого, использование ЭХА-раствора повышает экономиче-
скую эффективность работы предприятия за счет повышения санитарной культуры производства и ускорения технологического процесса.
Биотехнология пищевых продуктов с использованием ЭХА-растворов является эффективной и экологически безопасной.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Электрохимическая активация: история, состояние, перспективы / под ред. В. М. Бахира. -М.: ВНИИИМТ, 1999. - 256 с.
2. Бывальцев А. И., Магомедов Г. О., Бывальцев В. А. Свойства активированной воды и ее использование в пищевой промышленности // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья. - 2008. -№ 7. - С. 49-53.
3. Исследование процесса релаксации показателя рН, динамической вязкости и плотности электроакти-вированной воды / А. А. Борисенко, Е. А. Шаманаева, А. М. Шипилов, А. А. Брацихин // Сб. науч. тр. СевКавГТУ. Сер.: Продовольствие. - 2002. - Вып. 5.
4. ГОСТ 7636-85. Рыба. Морские млекопитающие, морские беспозвоночные, водоросли и продукты их переработки. Метод анализа. - Введ. 1985-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1985.
5. Разумовская Р. Г. Контроль производства аналогов и комбинированных пищевых продуктов из гид-робионтов: метод. пособие для студ. высш. учеб. завед., обучающихся по спец. 240902.65 «Пищевая биотехнология». - Астрахань, 2007. - 65 с.
6. Као Т. Х., Разумовская Р. Г. Изучение влияния ферментных препаратов на выход и физикохимические показатели сусла при переработке винограда красного сорта // Материалы Междунар. НПК факультета биотехнологии, товароведения и экспертизы товаров, посвященной 170-летию со дня основания Донского ГАУ. - Ростов н/Д, 2010. - С. 40-43.
7. Химия отрасли: Методические указания / сост. Е. С. Романенко, Э. М. Соболев, В. Е. Струкова и др. -Ставрополь: АГРУС, 2007. - 84 с.
8. Широков Е. П. Практикум по технологии хранения и переработки плодов и овощей. - М.: Агропром-издат, 1985. - 127 с.
9. Разумовская Р. Г., Черногорцев А. П. Ферментативный гидролиз мелкой рыбы при повышенной температуре и технология производства пищевых гидролизатов и РБК // Изв. вузов СССР. Пищевая технология. - 1976. - № 5.
10. Черногорцев А. П., Разумовская Р. Г. Технология получения новых белковых продуктов: учеб. пособие. - Мурманск, 1990. - 76 с.
11. Разумовская Р. Г., Цибизова М. Е. Биотехнологические процессы в создании продуктов различного назначения из водного сырья: моногр. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2008. - 132 с.
12. Као Т. Х., Разумовская Р. Г. Совершенствование технологии производства плодовых соков на основе сырья Астраханской области // Материалы Всерос. НПК молодых ученых «Инновация и актуальные проблемы техники и технологий», посвященной 80-летию СГТУ, 26-29 октября 2010 г. - Т. 1. -Саратов, 2010. - С. 47-50.
Статья поступила в редакцию 17.03.2011
APPLICATION OF ECA-SOLUTIONS IN BIOTECHNOLOGY OF PRODUCTS MADE FROM FISH AND PLANT RAW MATERIAL
R. G. Razumovskaya, A. I. Kassamedinov, Thi Hue Cao,
Van Hung Nguyen, O. V. Zbrodova
The possibility of ECA-solutions application for the processing of fish and plant raw material is investigated in the paper. It is shown that the use of ECA-solutions improves the quality of the raw material and intensifies the process of enzymatic hydrolysis. Moreover, the quality of the complete product is also improved and its safety is increased.
Key words: biotechnology, electro-chemical activated solutions
(ECA-solutions), fish raw material, cereals, fruit and berry raw material, fermentation.
